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MPPC の性能評価

MPPC の性能評価. 学術創成会議　 2007.4.3 筑波大学　須藤　山崎. 基礎特性の評価 まとめ. 評価項目. ILC-11-025M 2006 年 10 月の sample ( 1600-pixel ) Gain, 光子検出効率 , 応答曲線 S10362-11-025U 2006 年 12 月の sample ( 1600-pixel ) Gain, 光子検出効率 , 有感領域. 新しい sample の方が Gain の ΔV に対する変化率は小さく、 Gain も少し低い

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  1. MPPCの性能評価 学術創成会議　2007.4.3 筑波大学　須藤　山崎 • 基礎特性の評価 • まとめ

  2. 評価項目 • ILC-11-025M 2006年10月のsample ( 1600-pixel ) • Gain,光子検出効率,応答曲線 • S10362-11-025U 2006年12月のsample ( 1600-pixel ) • Gain,光子検出効率,有感領域

  3. 新しいsampleの方がGainのΔV に対する変化率は小さく、Gainも少し低い • 　 傾き( ΔGain / ΔV )2006.10 ~1.35×1052006.12 ~1.1×105 Gain測定　（25℃）

  4. 光子検出効率測定の Setup Φ0.5mm Blue LED

  5. ~１光子の入射に対してそれを検出する確率 MPPCの光子検出効率は、光電子増倍管との応答比から求めた． μMPPC μPMT PDE MPPC = PDEPMT MPPC,PMT のPedestal のイベント数からPoisson分布関数を用いて検出光電子数を求めた。 MPPC MPPC μ : Poisson分布の平均値 Blue LED P0(μ) = e-μ = Npedestal / Nall μ= -ln( Npedestal / Nall ) WLSF :λ~ 500 nm 0.5 mm 径 ピンホール PMT PMT 光子検出効率 (PDE)

  6. PMTの量子効率分布 ( HPKによる測定 ) WSLFの発光スペクトル • この二つの分布からWLSFに対するPMTのPDEを求めた。 PDE測定

  7. PDE結果 • Gain = 3×105で　PDEは 11~13%

  8. 逐次積分型ADCを用いた場合 MPPC MPPC output [ pixels ] PMT • ~4nsで鋭いピークが現れる • MPPCはpixel数より大きな出力をかえす 入射光子数に対する応答曲線 • オシロのpulse height を用いた場合 • PMTを基準にMPPCの応答を調べた • 1600ピクセル相当の出力よりも小さい • 信号を出した後の回復時間が短い( < 数ns ) ? • →応答曲線の形は光信号の時間幅に依存する

  9. YAG Laser,  = 532 nm • Pulse width~2 nsec • Pulse rate ~ 8 kHz • Spot size ~ 1m • 光量 ~ 1 p.e. 以下 1600-pixel MPPC LASERを用いた測定@ KEK-DTP

  10. S10362-11-025U ( 2006.12 ) 1600-pixel MPPC の顕微鏡写真 ILC-11-025 ( 2006.10) • 　ピクセルの受光面の形が変化 している　 • 2006.10のsampleは長方形だった

  11. 有感領域　（2006.12 sample） 検出光電子数を用いて有感領域の割合を評価 • 検出光電子数が　50%MAX ≦ の領域を有感領域とすると • 　有感領域の割合は ~28%( 2005冬のsample ~24% )

  12. まとめ • 2006.10 と　2006.12 に送られたsample の測定を行った • 新しいsampleはGainの変化率が低くなった • PDEはほぼ変わっていない　 • 入射光子数に対する応答はピクセルの回復時間が短いためか、ピクセル数以上の出力が出る 　→光信号の時間幅によって応答曲線は変化する • 新しいsampleは有感領域が拡大されている

  13. 疑問 Gainは 左のことはなぜ起こるのか 内部光電効果の確率が減少？ 電場の最大値の低下？ 高電場領域の縮小？ と表すことができる。 C ∝ 有感領域 と考えられるが、 新しいsampleでは有感領域は拡大したがGainの傾きCは小さくなった p-,n+のドーピング濃度 p,p-,n+の厚み クエンチ抵抗 このあたりがまだ良いあんばいではないようだ またPDEは旧sampleと変わりがない PDE ∝ 有感領域

  14. 今後 • 光源の波長を変えてPDEの測定 • 新しいsampleの基礎特性の評価 • 応答曲線についての理解を深める • LASERによる基礎特性の測定

  15. Back up

  16. 光の広がり 広がりは0.55mm径

  17. ~ 1 mm 25 mm Depletion region ~ 1 mm Substrate Si Resistor Guard ring n+ Bias voltage (70~80 V) p n+ Al conductor p- substrate p+ Multi-Pixel Photon Counter (MPPC) 　～　シリコン半導体光検出器

  18. 浜松ホトニクスによるP.D.Eの測定結果　　　　浜松ホトニクスによるP.D.Eの測定結果　　　　 ※λ=400nm, including the cross-talk and after pulse

  19. 2005冬　

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